CN113864027B - 一种dpf后处理系统及其行车再生控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种DPF后处理系统，包括喷油嘴、燃烧器、点火线圈、DOC，位于DOC入口处的第一温度传感器、DPF、位于DPF入口处的第二温度传感器压强传感器和ECU；所述ECU与点火线圈、第一温度传感器、第二温度传感器、压强传感器连接。本发明还公开了一种DPF后处理系统的行车再生控制方法，本发明最大限度的实现了DPF行车再生，避免DPF驻车再生或维修站清理时的耗时耗力，提高DPF的使用寿命。

Description

一种DPF后处理系统及其行车再生控制方法
技术领域
本发明涉及车辆后处理领域，尤其是涉及一种DPF后处理系统及其行车再生控制方法。
背景技术
随着排放法规的日益严格，DPF技术已经成为减少柴油机颗粒物排放必不可少的技术手段。DPF将排气中的颗粒物捕集到载体中，在碳载量达到一定限值后对其进行主动再生，以清除载体中的颗粒物。由于柴油车的使用工况复杂多变，导致后处理系统的温度难以达到DPF再生温度，进而无法完成行车再生，此时会造成尾气排放升高，影响车辆经济性，甚至损坏DPF载体或者影响DPF的使用寿命。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种DPF后处理系统及其行车再生控制方法，实现了DPF行车再生，避免DPF驻车再生/维修站清理的耗时耗力，提高DPF的使用寿命。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种DPF后处理系统，包括喷油嘴1、燃烧器2、点火线圈3、DOC5，位于DOC5入口处的第一温度传感器4、DPF7、位于DPF7入口处的第二温度传感器6、压强传感器8和ECU9；所述ECU9与点火线圈3、第一温度传感器4、第二温度传感器6、压强传感器8连接。
一种DPF后处理系统的行车再生控制方法，使用一种DPF后处理系统，包括以下步骤：
步骤1：系统接收到DPF7行车再生触发信号；
步骤2：实时采集第二温度传感器6的DPF7入口温度、DPF7排气气流、压强传感器8的DPF7前后压差和DPF7碳载量；
步骤3：基于步骤2采集的实时信息，判断DPF7行车再生是否启动，若启动，则进入步骤8；否则，进入步骤4；
步骤4：若DPF7入口温度<300℃，且DPF7排气流量较大，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量中等时，DPF行车再生策略选择燃烧器喷油行车再生，然后进入步骤8；否则，进入步骤5；
步骤5：当300℃<DPF7入口温度<400℃，且DPF7排气流量中等，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量中等时，DPF行车再生策略选择发动机喷油行车再生，然后进入步骤8；否则，进入步骤6；
步骤6：当DPF7入口温度>400℃，且DPF7排气流量低，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量较高时，DPF行车再生策略选择踩油门踏板行车再生，然后进入步骤8；否则，进入步骤7；
步骤7：DPF7选择驻车再生，然后进入步骤8；
步骤8：判断DPF7再生是否完成，若完成，则进入步骤9；否则，进入步骤2；
步骤9：结束。
进一步地，燃烧器喷油行车再生，当DPF7入口温度<300℃时，需要快速提高后处理系统温度，同时要确保DPF7排气流量较大且DPF7内碳载量中等，防止过高的燃烧温度烧蚀或损坏DPF载体，DPF7的燃烧器2通过喷油嘴1和点火线圈3的配合，实现喷油燃烧提高DOC5和DPF7入口温度。
进一步地，发动机喷油行车再生，预喷可影响主喷燃油的滞燃期，预喷－主喷间隔缩短过程中，主喷滞燃期先减小而后增加，通过调整发动机的喷油时刻来提高后处理系统内的温度，促进DPF行车再生。
进一步地，踩油门踏板行车再生，当DPF7入口温度>400℃时，通过踩油门踏板提高发动机的进气量，进一步提高DPF7内温度，使DPF7达到行车再生条件。
进一步地，DPF7内碳载量通过基于排气背压的计算方式和基于化学反应模型的计算方式获得，两种计算方式适用于不同工况，相互协调。
进一步地，基于排气背压的计算方式，包括压差计算和流动阻力计算；在DPF7压差计算中，主要考虑温度、载体本身、碳载量以及灰分对采集的压差的影响，DPF载体中过滤的碳载量是造成压差分量的主要因素，通过反馈的碳载量值进行碳载量修正因子的计算，将灰分校正因子与碳载量校正因子相加，得到总的压差校正因子，将采集的压差首先通过总的压差校正因子进行校正，然后减去DPF7空载压降便获得修正后的压差信号。
压差信号计算公式：
Pc＝P0×(f1+f2)-Pe (1)
其中，Pc表示修正后的DPF7压差，kPa；P表示原始DPF7压差，kPa；f1表示灰分校正因子，无量纲；f2表示碳载量校正因子，无量纲；Pe表示DPF7空载压降，kPa。
在相同碳载量情况下，排气体积流量的大小也会影响排气通过DPF载体时的流动阻力，需考虑其对排气流动阻力的影响。该修正因子为排气体积流量的函数，通过对应的曲线进行插值得到，将该修正因子与原始流动阻力相乘得到由于排气体积流量导致的流阻偏移量，然后将计算得到的偏移量加到原始流动阻力上。
流动阻力计算公式：
F＝F0×f (2)
其中，F为排气体积流量导致的流动阻力偏移量；F0为原始流动阻力；f为排气体积流量修正因子。
进一步地，基于化学反应模型的计算方式，总碳烟质量流量表示流入颗粒过滤器的颗粒质量流量与DPF载体中再生掉碳烟之间的差值；在DPF载体中再生的碳烟由两部分组成，一部分为NO2所再生的碳烟质量，另一部分为O2所再生的碳烟质量；
影响进气量的决定性因素为发动机的转速与扭矩，因此发动机碳烟的排放主要是发动机转速与扭矩的函数关系，其函数关系如下：
dm＝f(n,T) (3)
其中，dm为DPF载体中的碳烟质量流量，g/s；n为发动机转速，r/min；T为发动机扭矩，N·m；
由于NO2具有较强的氧化性，进入DPF载体时会氧化累积的碳烟。可依据NO2所能氧化碳烟质量的比率将其转化为NO2所能再生掉的碳烟质量，计算公式如下：
其中，为NO2所再生掉的碳烟质量流量，g/s；/>为NO2质量流量，g/s；为NO2所能再生碳烟质量的比率，无量纲；
在DPF载体中通过O2再生掉碳烟的方式称之为自发的热再生，自发的热再生主要取决于DPF载体的表面温度、排气的质量流量、载体中所沉积的碳烟质量以及排气中O2含量的多少。自发热再生的碳烟质量流量计算公式总结如下：
其中，为O2所氧化掉的碳烟质量流量，g/s；dme为排气质量流量，g/s；/>为排气中O2所占的比率，无量纲；/>为自发热再生所能再生掉碳烟的比率，无量纲；fT为DPF载体表面温度修正因子，量纲；fs为DPF载体中碳烟质量修正因子，无量纲；fm-e为排气质量流量修正因子，无量纲；/>为排气中O2含量修正因子，无量纲。
进一步地，碳载量协调，由基于排气背压的计算方式和基于化学反应模型的计算方式相互协调工作，共同来完成碳载量的估算。协调条件如下：
若排气体积流量小于有效碳烟质量测量的最小排气体积流量则选用基于模型估算的碳载量。因为当排气体积流量太低时，颗粒过滤器上方的压降不足，压力信号的误差太大。
若压强传感器8出现故障，导致其无法准确测量DPF载体两端压差时选用基于模型计算的碳载量。
若压差信号的波动性较大，超过所允许的最大超调量时选用基于模型计算的碳载量。压差信号波动太大，直接导致基于背压计算的碳载量出现较大波动，无法表征当前DPF载体中实际的碳载量。
若检测到由于NO2导致的再生存在时选用基于模型计算的碳载量。由于DPF载体中发生着NO2导致的再生动作，此状态下选用基于模型对碳载量进行估算比选用基于背压对碳载量估算的准确度更高。
若DPF7再生成功的次数小于最小阈值则选用基于模型计算的碳载量。再生成功的次数一直较少时，表明基于背压计算的碳载量准确度较低，不能够及时触发再生，这将导致再生时载体峰值温度过大存在熔融以及烧坏的风险。
若发动机温度较低处于冷启动状态则选用基于模型计算的碳载量。由于发动机处于冷启动状态，此时测量的压差与发动机处于正常运行状态时的压差存在较大误差，导致压差信号不能够完全表征DPF载体中的实际碳载量。
若发动机转速低于怠速则选用基于模型计算的碳载量。当发动机转速在怠速以下时，发动机排气的体积流量以及排气温度都比较低，压差信号的误差也随着增大。
当DPF载体温度低于最小阈值时选用基于模型计算的碳载量。由于DPF载体温度过低，会导致载体两端压降比实际压降低，压差信号不能够表征实际的碳载量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)DPF行车再生控制方法可最大限度的实现了DPF行车再生，避免DPF驻车再生/维修站清理过程中的耗时耗力问题，提高DPF的使用寿命，同时，为了确保再生时的安全性，若行车再生触发后并不满足行车再生控制策略要求，在控制策略中加入了驻车再生选项用于极端工况。
(2)DPF控制策略中包含碳载量估算模块，实时估算载体中碳烟的含量，本发明基于排气背压的计算方式和基于化学反应模型的计算方式进行碳载量协调估算，保证了估算模型的精度，最大程度获取DPF载体中实际的碳载量，并且在不同发动机运行状态下，可选用不同的方式进行碳载量的估算。
附图说明
图1为一种DPF后处理系统示意图；
图2为一种DPF后处理系统行车再生控制流程图；
图3为DPF碳载量估算流程图；
附图标记：1、喷油嘴，2、燃烧器，3、点火线圈，4、第一温度传感器，5、DOC，6、第二温度传感器，7、DPF，8、压强传感器，9、ECU。
名词解释：DPF行车再生是当DPF7内部PM(颗粒物)积累到一定量时，车辆在行驶过程中，车辆运行工况满足行车再生条件如负荷较大、排温较高时，DPF7自主进入再生工作状态，ECU9自动控制行车再生，即：把DPF7内部载体捕集到的一定量的黑烟颗粒物通过排气加热的方式烧掉的过程。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
一种DPF后处理系统及其行车再生控制方法，本实施例中，如图1和2所示，一种DPF后处理系统，包括喷油嘴1、燃烧器2、点火线圈3、DOC5，位于DOC5入口处的第一温度传感器4、DPF7、位于DPF7入口处的第二温度传感器6、压强传感器8和ECU9；所述ECU9与点火线圈3、第一温度传感器4、第二温度传感器6、压强传感器8连接。
一种DPF后处理系统的行车再生控制方法，使用一种DPF后处理系统，包括以下步骤：
步骤1：系统接收到DPF行车再生触发信号；
步骤2：实时采集第二温度传感器6的DPF7入口温度、DPF7排气气流、压强传感器8的DPF7前后压差和DPF7碳载量；
步骤3：基于步骤2采集的实时信息，判断DPF行车再生是否启动，若启动，则进入步骤8；否则，进入步骤4；
步骤4：若DPF7入口温度<300℃，且DPF7排气流量较大，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量中等时，DPF行车再生策略选择燃烧器喷油行车再生，然后进入步骤8；否则，进入步骤5；
步骤5：当300℃<DPF7入口温度<400℃，且DPF7排气流量中等，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量中等时，DPF行车再生策略选择发动机喷油行车再生，然后进入步骤8；否则，进入步骤6；
步骤6：当DPF7入口温度>400℃，且DPF7排气流量低，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量较高时，DPF行车再生策略选择踩油门踏板行车再生，然后进入步骤8；否则，进入步骤7；
步骤7：DPF7选择驻车再生，然后进入步骤8；
步骤8：判断DPF7再生是否完成，若完成，则进入步骤9；否则，进入步骤2；
步骤9：结束。
如图3所示，由于碳载量无法直接进行测量，需要建立准确且能够实时响应的碳载量估算模型，实时监测DPF载体中的碳载量，基于排气背压的计算方式和基于化学反应模型的计算方式，在发动机处于低温或排气体积流量较小等状态时，依据背压计算得到的碳载量精确度较低，不能够很好表征DPF载体中实际的碳载量，需使用基于化学反应模型得到的碳载量。利用两种计算方式得到的碳载量经碳载量协调器协调后得到碳载量的估算值，用于控制策略的决策。
DPF7燃烧器喷油行车再生策略执行过程如下：
步骤a1：系统接收到DPF行车再生触发信号；
步骤a2：实时采集第二温度传感器6的DPF7入口温度、DPF7排气气流、压强传感器8的DPF7前后压差和DPF7碳载量；
步骤a3：基于步骤a2采集的实时信息，判断DPF行车再生未启动，进入步骤a4；
步骤a4：满足DPF7入口温度<300℃，且DPF7排气流量较大，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量中等，DPF行车再生策略选择燃烧器喷油行车再生，然后进入步骤a8；
步骤a8：判断DPF7再生完成，进入步骤a9；
步骤a9：结束。
实施例2：
DPF7发动机喷油行车再生策略执行过程如下：
步骤b1：系统接收到DPF行车再生触发信号；
步骤b2：实时采集第二温度传感器6的DPF7入口温度、DPF7排气气流、压强传感器8的DPF7前后压差和DPF7碳载量；
步骤b3：基于步骤b2采集的实时信息，判断DPF行车再生未启动，进入步骤b4；
步骤b4：不满足DPF7入口温度<300℃，且DPF7排气流量较大，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量中等时，进入步骤b5；
步骤b5：满足300℃<DPF7入口温度<400℃，且DPF7排气流量中等，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量中等，DPF行车再生策略选择发动机喷油行车再生，然后进入步骤b8；
步骤b8：判断DPF7再生完成，进入步骤b9；
步骤b9：结束。
本实施例其余内容同实施例1。
实施例3：
DPF7踩油门踏板行车再生策略执行过程如下：
步骤c1：系统接收到DPF行车再生触发信号；
步骤c2：实时采集第二温度传感器6的DPF7入口温度、DPF7排气气流、压强传感器8的DPF7前后压差和DPF7碳载量；
步骤c3：基于步骤c2采集的实时信息，判断DPF行车再生未启动，进入步骤c4；
步骤c4：不满足DPF7入口温度<300℃，且DPF7排气流量较大，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量中等，进入步骤c5；
步骤c5：不满足300℃<DPF7入口温度<400℃，且DPF7排气流量中等，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量中等，进入步骤c6；
步骤c6：满足DPF7入口温度>400℃，且DPF7排气流量低，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量较高，DPF行车再生策略选择踩油门踏板行车再生，然后进入步骤c8；
步骤c8：判断DPF7再生完成，进入步骤c9；
步骤c9：结束。
本实施例其余内容同实施例1。
实施例4：
DPF7驻车再生策略执行过程如下：
步骤d1：系统接收到DPF行车再生触发信号；
步骤d2：实时采集第二温度传感器6的DPF7入口温度、DPF7排气气流、压强传感器8的DPF7前后压差和DPF7碳载量；
步骤d3：基于步骤d2采集的实时信息，判断DPF行车再生未启动，进入步骤d4；
步骤d4：不满足DPF7入口温度<300℃，且DPF7排气流量较大，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量中等，进入步骤d5；
步骤d5：不满足300℃<DPF7入口温度<400℃，且DPF7排气流量中等，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量中等，进入步骤d6；
步骤d6：不满足DPF7入口温度>400℃，且DPF7排气流量低，且DPF7前后压差<4kPa，且DPF7内碳载量较高，进入步骤7；
步骤d7：DPF7选择驻车再生，然后进入步骤d8；
步骤d8：判断DPF7再生完成，进入步骤d9；
步骤d9：结束。
本实施例其余内容同实施例1。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种DPF后处理系统的行车再生控制方法，使用一种DPF后处理系统，其特征在于，包括喷油嘴(1)、燃烧器(2)、点火线圈(3)、DOC(5)，位于DOC(5)入口处的第一温度传感器(4)、DPF(7)、位于DPF(7)入口处的第二温度传感器(6)、压强传感器(8)和ECU(9)；所述ECU(9)与点火线圈(3)、第一温度传感器(4)、第二温度传感器(6)、压强传感器(8)连接，所述方法包括以下步骤：
步骤1：系统接收到DPF行车再生触发信号；
步骤2：实时采集第二温度传感器(6)的DPF(7)入口温度、DPF(7)排气气流、压强传感器(8)的DPF(7)前后压差和DPF(7)碳载量；
步骤3：基于步骤2采集的实时信息，判断DPF行车再生是否启动，若启动，则进入步骤8；否则，进入步骤4；
步骤4：若DPF(7)入口温度<300℃，且DPF(7)排气流量较大，且DPF(7)前后压差<4kPa，且DPF(7)内碳载量中等时，DPF行车再生策略选择燃烧器喷油行车再生，然后进入步骤8；否则，进入步骤5；
步骤5：当300℃<DPF(7)入口温度<400℃，且DPF(7)排气流量中等，且DPF(7)前后压差<4kPa，且DPF(7)内碳载量中等时，DPF行车再生策略选择发动机喷油行车再生，然后进入步骤8；否则，进入步骤6；
步骤6：当DPF(7)入口温度>400℃，且DPF(7)排气流量低，且DPF(7)前后压差<4kPa，且DPF(7)内碳载量较高时，DPF行车再生策略选择踩油门踏板行车再生，然后进入步骤8；否则，进入步骤7；
步骤7：DPF(7)选择驻车再生，然后进入步骤8；
步骤8：判断DPF(7)再生是否完成，若完成，则进入步骤9；否则，进入步骤2；
步骤9：结束。
2.根据权利要求1所述的一种DPF后处理系统的行车再生控制方法，其特征在于，所述燃烧器喷油行车再生，当DPF(7)入口温度<300℃时，需要快速提高后处理系统温度，同时要确保DPF(7)排气流量较大且DPF(7)内碳载量中等，防止过高的燃烧温度烧蚀或损坏DPF(7)载体，DPF(7)的燃烧器(2)通过喷油嘴(1)和点火线圈(3)的配合，实现喷油燃烧提高DOC(5)和DPF(7)入口温度。
3.根据权利要求1所述的一种DPF后处理系统的行车再生控制方法，其特征在于，所述发动机喷油行车再生，预喷可影响主喷燃油的滞燃期，预喷－主喷间隔缩短过程中，主喷滞燃期先减小而后增加，通过调整发动机的喷油时刻来提高后处理系统内的温度，促进DPF行车再生。
4.根据权利要求1所述的一种DPF后处理系统的行车再生控制方法，其特征在于，所述踩油门踏板行车再生，当DPF(7)入口温度>400℃时，通过踩油门踏板提高发动机的进气量，进一步提高DPF(7)内温度，使DPF(7)达到行车再生条件。
5.根据权利要求1所述的一种DPF后处理系统的行车再生控制方法，其特征在于，所述DPF(7)内碳载量通过基于排气背压的计算方式和基于化学反应模型的计算方式获得，两种计算方式适用于不同工况，相互协调。
6.根据权利要求5所述的一种DPF后处理系统的行车再生控制方法，其特征在于，所述基于排气背压的计算方式，包括压差计算和流动阻力计算；在DPF(7)压差计算中，主要考虑温度、载体本身、碳载量以及灰分对采集的压差的影响，DPF载体中过滤的碳载量是造成压差分量的主要因素，通过反馈的碳载量值进行碳载量修正因子的计算，将灰分校正因子与碳载量校正因子相加，得到总的压差校正因子，将采集的压差首先通过总的压差校正因子进行校正，然后减去DPF(7)空载压降便获得修正后的压差信号；
压差信号计算公式：
Pc＝P0×(f1+f2)-Pe (1)
其中，Pc表示修正后的DPF(7)压差，kPa；P表示原始DPF(7)压差，kPa；f1表示灰分校正因子，无量纲；f2表示碳载量校正因子，无量纲；Pe表示DPF(7)空载压降，kPa；
在相同碳载量情况下，排气体积流量的大小也会影响排气通过DPF载体时的流动阻力，需考虑其对排气流动阻力的影响；该修正因子为排气体积流量的函数，通过对应的曲线进行插值得到，将该修正因子与原始流动阻力相乘得到由于排气体积流量导致的流阻偏移量，然后将计算得到的偏移量加到原始流动阻力上；
流动阻力计算公式：
F＝F0×f (2)
其中，F为排气体积流量导致的流动阻力偏移量；F0为原始流动阻力；f为排气体积流量修正因子。
7.根据权利要求5所述的一种DPF后处理系统的行车再生控制方法，其特征在于，所述基于化学反应模型的计算方式，总碳烟质量流量表示流入颗粒过滤器的颗粒质量流量与DPF载体中再生掉碳烟之间的差值；在DPF载体中再生的碳烟由两部分组成，一部分为NO2所再生的碳烟质量，另一部分为O2所再生的碳烟质量；
影响进气量的决定性因素为发动机的转速与扭矩，因此发动机碳烟的排放主要是发动机转速与扭矩的函数关系，其函数关系如下：
dm＝f (n,T ) (3)
其中，dm为DPF载体中的碳烟质量流量，g/s；n为发动机转速，r/min；T为发动机扭矩，N·m；
由于NO2具有较强的氧化性，进入DPF载体时会氧化累积的碳烟；可依据NO2所能氧化碳烟质量的比率将其转化为NO2所能再生掉的碳烟质量，计算公式如下：
其中，为NO2所再生掉的碳烟质量流量，g/s；/>为NO2质量流量，g/s；/>为NO2所能再生碳烟质量的比率，无量纲；
在DPF载体中通过O2再生掉碳烟的方式称之为自发的热再生，自发的热再生主要取决于DPF载体的表面温度、排气的质量流量、载体中所沉积的碳烟质量以及排气中O2含量的多少；自发热再生的碳烟质量流量计算公式总结如下：
其中，为O2所氧化掉的碳烟质量流量，g/s；dme为排气质量流量，g/s；/>为排气中O2所占的比率，无量纲；/>为自发热再生所能再生掉碳烟的比率，无量纲；fT为DPF载体表面温度修正因子，量纲；fs为DPF载体中碳烟质量修正因子，无量纲；fm-e为排气质量流量修正因子，无量纲；/>为排气中O2含量修正因子，无量纲。
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